بررسی تاثیر درصد تشکیل mg2sio4 در فرآیند سنتز در حالت جامد بر روند چگالش آن

سنتز ترکیب خالص mg2sio4 (فورستریت) به روش حالت جامد با استفاده از پودرهای خالص mgo و sio2 در حالت غیراستوکیومتری با نسبت 05/2mgo/sio2= انجام شد. سنتز ترکیب خالص فورستریت فرآیندی چالش برانگیز است که به شدت به شرایط عملیات حرارتی بکار گرفته شده بستگی دارد. در تحقیق حاضر اثر میزان درصد فاز mg2sio4 تشکیل شده پس از انجام عملیات سنتز بر روند چگالش حین انجام عملیات پخت مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور و در راستای تشکیل درصدهای مختلفی از ترکیب mg2sio4، سنتز این ترکیب بواسطه قرار دادن مخلوط پودرهای ترکیبات اولیه-ای که از طریق آسیاب کاری به مدت 2ساعت در شرایط تر تهیه شده بودند، در دماهای 1250، 1350، 1380 و 1450 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت، انجام شد. در ادامه، پودر حاصل از فرآیند سنتز و مخلوط اولیه (پودرهای اولیه مخلوط شده به روش آسیاب کاری و بدون کلسینه شدن) با فشار 200 مگاپاسکال فشرده شدند و در محدوده دمایی 1400 تا 1500 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت در اتمسفر هوا تف جوشی شدند. پودرهای سنتز شده و نمونه های پخت داده شده با استفاده از آنالیز پراش پرتو ایکس مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل نشان داد که انجام عملیات سنتز در دمای 1450 درجه سانتی گراد می تواند منجر به تولید فورستریت خالص شود. این مطالعه همچنین نشان داد که برای کلیه نمونه ها، علی رغم تفاوت در میزان اولیه فاز فورستریت، فاز نهایی پس از انجام عملیات پخت در محدوده دمایی 1400 تا 1500 درجه سانتی گراد، ترکیب خالص mg2sio4 است. ضمنا نشان داده شد که با افزایش درصد فاز فورستریت، چگالی نمونه ها افزایش می یابد، بطوریکه حداکثر چگالی برای نمونه سنتز شده در دمای 1450 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت (حاوی ترکیب خالص فورستریت) در شرایط پخت مربوط به دمای 1500 درجه سانتی گراد و مدت زمان 5 ساعت، معادل 95% دانستیه تئوری، به دست آمد.

Study on the effect of Mg2SiO4 formed in solid state synthesis on its densification behavior

Using pure MgO and SiO2 as raw materials, forsterite (Mg2SiO4) is prepared by solid-state synthesis process in the non-stoichiometric state with Mg/Si=2.05. Synthesis of pure forsterite compound is a challenging process. In the present study, the effect of the percentage of Mg2SiO4 phase after the synthesis on the densification behavior during the sintering process has been investigated. The initial chemicals are weighed according to their non-stoichiometric ratio and are mixed in ethanol by using an attrition mill with 5 mm ZrO2 balls as milling media for 2 hours. The obtained slurries are dried and then calcined at 1250, 1350, 1380, and 1450°C for 2 hours. The pellets with a diameter of 12 mm and thickness of about 2-3 mm are fabricated by pressing the Using pure MgO and SiO2 as raw materials, forsterite (Mg2SiO4) is prepared by solid-state synthesis process in the non-stoichiometric state with Mg/Si=2.05. Synthesis of pure forsterite compound is a challenging process. In the present study, the effect of the percentage of Mg2SiO4 phase after the synthesis on the densification behavior during the sintering process has been investigated. The initial chemicals are weighed according to their non-stoichiometric ratio and are mixed in ethanol by using an attrition mill with 5 mm ZrO2 balls as milling media for 2 hours. The obtained slurries are dried and then calcined at 1250, 1350, 1380, and 1450°C for 2 hours. The pellets with a diameter of 12 mm and thickness of about 2-3 mm are fabricated by pressing the powders in a solid die under 200 MPa pressure. The fabricated green samples are sintered in the temperature range of 1400-1500°C for 5 hours. Phase purities of the synthesized Mg2SiO4 pellets and calcinated powders are examined by analyzing an X-ray diffractometer (XRD). The results show that the synthesis at 1450°C for 2 hours can lead to the production of pure forsterite. For all samples, in spite of difference in the initial amount of forsterite phase, the final phase after the sintering process at 1400-1500°C is the pure Mg2SiO4. In addition, with increasing percentage of the Mg2SiO4 phase, density of the sample increases. Relative density of the synthesized sample at 1450°C for 2 hours and sintered at 1500°C for 5 hours is obtained as 95%.